大腸菌ATP合成酵素:γサブユニット変異酵素を用いたエネルギー共役機構の解明

大肠杆菌 ATP 合酶：利用 γ 亚基突变酶阐明能量耦合机制

• 批准号: 10780379
• 负责人: 木原 昌子
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10780379/
• 关键词: ATP合成酵素; F_0F_1; F_1-ATPase; エネルギー共役; γサブユニット; 分子集合

本研究では,ATP合成酵素(F_0F_1-ATPase)におけるH^+輸送とATP合成(分解)の間のエネルギー共役機構の解明を目的として,F_1およびF_0F_1の複合体におけるγサブユニットおよびcサブユニットオリゴマーの回転を,それぞれのサブユニットに結合したアクチンフィラメントの回転によって観察した.γサブユニットのγSer-193をCys残基に置換し,ビオチン-PEAC_5-マレイミドにてビオチン化した後,ストレプトアビジンを介して,ファロイジンでラベルしたアクチンフィラメントを結合した.α_3β_3複合体をガラス板に固定して,定常状態のATPase反応が起こる条件でATPの加水分解によるアクチンフィラメントの回転トルクを測定したところ,野生型F_1では約40pN・mが得られ,ATPの加水分解のエネルギーが非常に効率よく回転に変換されていた.同じ実験を,エネルギー共役機構の損なわれている,γMet-23→Lys変異を持つF_1を用いて行ったところ,野生型F_1と同様のトルクが得られた.したがって,γMet-23→Lys酵素は,γの回転による仕事量がH^+の輸送の仕事に伝達されにくい変異酵素であることが明らかになった.次に,H^+輸送路を形成するcサブユニットのα_3β_3複合体に対する回転を観察した.cサブユニットにCys残基を導入し同様にアクチンフィラメントの回転トルクを測定したところ,野生型のF_0F_1では,cサブユニットオリゴマーはγサブユニットと同様のトルクでα_3β_3複合体に対して回転していることが明らかになった.すなわちγサブユニットとcサブユニットは酵素内の回転子であり,それらが共に回転することが触媒とH^+輸送の共役に重要であると考えられる.以上の成果はProc.Natl.Acad.Sci.USAおよびScienceに報告した.

The purpose of this study is to clarify the mechanism of ATP synthase (F_0F_1-ATPase) interaction between H^+ transport and ATP synthesis (decomposition).γ-Ser-193-Cys residue substitution, -PEAC_5-α_3β_3 complex was immobilized in the plate, and the condition of ATP hydrolysis in steady state was determined. The wild type F_1 was about 40pN·m, and ATP hydrolysis was very effective. The wild type F_1 and the homolog F_1 were found to be the same type. Lys enzyme,γMet-23→Lys enzyme,γ Met-23 →In addition, the formation of H^+ transport pathway was observed in the α_3β_3 complex. The Cys residues were introduced into the α_3β_3 complex and the α_3β_3 complex was detected in the wild type F_0F_1. The enzyme has a loop in it, and the catalyst H^+ transport is important. Proc.Natl.Acad.Sci.USA. Science.

项目成果

Hiroshi Omote: "The γ subuni rotation and torque generation in F_1-ATPase from..."Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.. 96. 7780-7784 (1999)

Hiroshi Omote：“F_1-ATPase 中的 γ 亚单位旋转和扭矩生成……”Proc。美国科学 96。7780-7784（1999 年）

Yoshihiro Sambongi: "Mechanical rotation of the c subunit oligomer in ATP synthase..."Science. 286. 1722-1724 (1999)

Yoshihiro Sambongi：“ATP 合酶中 c 亚基寡聚物的机械旋转......”科学。

H. Omote: "Stability of the Escherichia coli ATP synthase F_0F_1 complex..." Arch. Biochem. Biophys.358. 277-282 (1998)

H. Omote：“大肠杆菌 ATP 合酶 F_0F_1 复合物的稳定性……”Arch。